Введение
Аэрологиякарьеров — раздел горной науки, в котором излагаются свойства атмосферыкарьеров и происходящие в ней процессы. Целью аэрологии карьеров являетсясоздание научных основ и средств оздоровления атмосферы карьеров. Для этогонеобходимо решить следующие основные задачи: разработка методов и средств подавлениявредностей на местах их образования и выделения; использование природных сил ифакторов для интенсификации естественного проветривания карьера; разработкаметодов и средств искусственной вентиляции карьеров. При решении этих задачиспользуются достижения ряда смежных наук и прежде всего метеорологии,аэромеханики и термодинамики. Из метеорологии используют законы состоянияземной атмосферы, расчет солнечной радиации, прогноз погоды и др. Изаэромеханики — законы аэростатики, теории турбулентного движения воздуха,особенно теорию свободных струй, законы диффузии газов и механики аэрозолей. Изтермодинамики — законы теплообмена. Аэрология карьеров тесно связана также смеханикой турбомашин и, в частности, авиационных двигателей, применяемых длясоздания карьерных вентиляционных установок. Для оздоровления атмосферыкарьеров необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормативы содержания ввоздухе вредных газов и пыли, а также нормативы для микроклимата в кабинахгорного оборудования, разрабатываемые гигиеной труда. Как и всякая естественнаянаука, аэрология карьеров широко использует основные законы физики и химии,математические методы описания процессов. Наконец, необходимо отметитьвзаимосвязь аэрологии карьеров и технологии горного производства в карьерах.Технология горного производства существенно влияет на состояние атмосферы вкарьере. В то же время задачи оздоровления последней выдвигают и определенныетребования к технологии, которые в ряде случаев могут оказаться решающими.
Значениеаэрологии карьеров прежде всего определяется необходимостью обеспеченияздоровых атмосферных условий для горнорабочих в карьере. В этом смысле ееследует рассматривать как отрасль охраны труда в горном деле. В то же время впоследние годы аэрология карьеров приобретает все большее технологическоезначение, с одной стороны, в определенной степени определяя технологию горныхработ, а с другой — в ряде случаев саму возможность их ведения. Массовые взрывы в карьерах являютсясамыми крупными периодическими источниками выделения пыли. В данной контрольнойработе рассмотрим системы пылеулавливания и пылеподавления при этом видеразрушения горных масс.
1. Пылеобразованиепри массовых взрывах
Особенностьюсовременного этапа развития горных работ на карьере является высокая концентрацияи интенсификация всех технологических процессов, связанных с добычей ипереработкой горнорудного сырья. Отмеченное сопровождается усложнением процессапроветривания выработанного пространства карьера, ухудшением условий труда попылевому и газовому факторам, негативным воздействием на окружающую среду.
Основнымиисточниками образования пыли и газа в карьере являются буровзрывные работы (до35%), погрузочно-транспортные операции и пыль, осевшая на карьерных площадях.Выделение токсичных газов вызвано проведением массовых взрывов в карьере (до60%) и работой технологического автотранспорта при перевозках взорванной горноймассы на отвалы, дробильно-перегрузочные пункты, а также на рудные складыразличного назначения.
Интенсивностьпылегазообразования при ведении буровзрывных работ на карьере зависит от многихфакторов, к основным из которых следует отнести физико-механические свойствагорных пород и их обводненность, способы бурения взрывных скважин, ассортиментприменяемых ВВ, типы используемых забоечных материалов, методы взрывания (наподобранный откос уступа или в зажатой среде), время производства массовоговзрыва, метеоусловия на момент массового взрыва и др.
Мощныевыбросы пыли происходят при массовых взрывах (100-250 т). Пылевое облако примассовом взрыве выбрасывается на высоту 150-300 м, в своем развитии оно можетдостигать высоты 16 км и распространяться по направлению ветра на значительныерасстояния (10-14 км).
Выход изсложившегося положения необходимо искать путем разработки на горнодобывающем иперерабатывающем предприятии новых способов пылеподавления, так как поколичеству выбрасываемых веществ в окружающую среду пыль является основнымзагрязнителем, наряду с оксидом углерода.
2. Способыи средства борьбы с пылью и вредными газами
Сокращениепылегазовыделения при массовых взрывах осуществляется за счет технологических,организационных и инженерно-технических мероприятий.
2.1 Технологическиемероприятия
Технологическиемероприятия включают: взрывание высоких уступов (от 30 м и более), что способствует уменьшениюв 1,25 раза высоты пылегазового облака и уменьшению образования оксидов азота;
заменутротила на ВВ с нулевым или близким к нему кислородным балансом (граммонит79/21, игданит и др.), что будет способствовать уменьшению (до 2—9 раз)количества образующихся вредных газов при взрывах в любых горнотехническихусловиях (так экспериментальными замерами установлено, что при взрываниибестротиловых ЭВВ происходит значительное уменьшение загрязнения окружающейсреды, чем при взрывании промышленных тротилсодержащих ВВ (при взрыве 1 кггранулотола в атмосферу карьера выделяется 240 л, 1 кг граммонита — 140 л, 1 кгЭВВ — 50 л ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода)); взрывание на неубранную горную массу,т. е. на подпорную стенку из ранее разрушенной горной массы.
Ширинаподпорной стенки должна быть не менее 20 м. При ширине подпорной стенки до20—30 м резко сокращается или вообще не образуется вторичное пылегазовое облако(отсутствие пылевыделения со стороны развала) и на 2—3 ч после взрыва на нижнейотметке взорванного уступа сокращается время снижения концентрации СО допредельно допустимого уровня; использование в качестве ВВ в обводненных скважинахграммонита 79/21 с предварительной откачкой воды или применением специальныхзагустителей, что способствует уменьшению количества образующихся вредныхгазов.
2.2Организационные мероприятия
Организационныемероприятия включают: перенесение времени взрыва на период максимальной ветровой активности(например, для карьеров Кривбасса это 12—13 ч), что способствует сокращениювремени проветривания карьеров на 15—20 %; использование забоечного материала сминимальным удельным пылеобразованием (например, замена шламов хвостохранилищ,буровой мелочи и т. п. на мелкую щебенку или песчано-глинистую забойку, чтоспособствует сокращению пылевыделения); организация систематического контролясостава атмосферы карьеров и участков взорванных блоков после массовых взрывовв соответствии с «Едиными правилами ведения взрывных работ», что позволитизбежать преждевременное попадание людей в карьер и их отравление.
2.3Инженерно-технические мероприятия
пылеобразование взрывборьба полигон
Инженерно-техническиемероприятия включают: орошение зоны выпадания пыли из пылегазового облака водой илипылесмачивающими добавками из расчета 10 л воды на 1 м2 площадиорошения. Зону орошения рекомендуется устраивать на расстоянии 50—60 м отграницы взрываемого блока. Более точно расстояние от границы взрываемого блока(м), на котором выделяется пыль за счет взметывания ударной волной, находитсярасчетным способом. Мокрые способы борьбы с пылью делятся на способы предупреждения подъемапыли в воздух, образующейся при разрушении, погрузке и транспортировании горнойпороды (предварительное увлажнение массива и отторгнутой горной породы,орошение и смачивание в момент ее разрушения и др.); обеспыливания воздуха илиподавления взвешенной пыли распыленной водой (орошение, водя- ные завесы и др.)и предотвращения повторного поступления в воздух осевших пылевых частиц(орошение и связывание осевшей пыли). Мокрые способы борь- бы с пыльюсоставляет основу комплекса обеспыливающих мероприятий в шах- тах, рудниках икарьерах. Гидрообеспыливаниедля сокращения выделения и рассеивания вредных примесей осуществляется спомощью гидрозабойки скважин — внешней, внутренней и комбинированной (рис.9.2).
/>
Гидрозабойкавыполняется с использованием полиэтиленовых емкостей, наполненных водой.Внешняя забойка представляет собой полиэтиленовый рукав диаметром около 1 м иболее, который размещается но рядам скважин. Длина рукавов диктуется состояниемповерхности заряженного блока и контуром взрываемых скважин. Наполнение рукававодой осуществляется с помощью поливочной машины, оборудованной гидронасосом.Внутренняя гидрозабойка — это полиэтиленовый рукав с диаметром, на 15 ммбольшим, чем диаметр скважины, и длиной на всю ее неактивную часть. Толщинаполиэтиленовой пленки не менее 0,2 мм. При большой трещиноватости пород следуетприменять двойной рукав. Комбинированная гидрозабойка— сочетание двух первых.Эффективность гидро- обеспыливания при взрыве заряда массой до 300 кг; спомощью внешней гидроза- бойки — 53 % (удельный расход воды 1,38 кг/м3 горноймассы), внутренней — 84,7 % (удельный расход воды 0,78 кг/м3),комбинированной — 89,4 % (удельный расход воды 1,04 кг/м3). Привзрыве зарядов массой 450— 620 кг эффективность внутренней гидрозабойкисоставляет 50,4 % (расход воды 0,46 кг/м3). Сокращение пылевыделення в процессевзрыва возможно также за счет применения гидрогеля для внутренней гидрозабойкискважин (рекомендации Криворожского горнорудного института). Гидрогельвключает: аммиачную селитру —4%. жидкое стекло — 8%; синтетические жирныекислоты — 2%, воду — 86%. Для получения гидрогеля используется специальнаяустановка. Эффективность гидрогелевой забойки при ее высоте 2—4 м достигает34—54%.
Снижениепылевыделення при отрицательных температурах в процессе взрыва возможно за счетнанесения слоя искусственного снега на взрываемый блок и прилегающую территориюс расходом 8—13 кг/м2 поверхности. Это мероприятие по данным Института гигиеныморского транспорта Министерства здравоохране- ния СССР позволяет в 3—5 разснизить поступление пыли в атмосферу. В качест- ве внутренней гидрозабойкискважин в период отрицательных температур можно использовать снежно-ледянуюзабойку (Пичуев В. И.). Она включает в себя заряд- ку неактивной части скважиныискусственным снегом с оставлением 1 м для инертной забойки. Верхняя частьскважины заливается водой из расчета 20 л при температуре воздуха — 4— 8 °С.Забойка в верхней части смерзается и примерза- ет к стенкам скважины.Пылевыделение сокращается в 5—6 раз. Подавление пыли, выделившейся в атмосферу карьера спылегазовым облаком, можно осуществить с помощью гидрозавес, создаваемыхвентиляторами-оросите- лями НК-12КВ (рекомендации ИГД Минчермета СССР) илиустановками импуль- сного дождевания (ВНИИБТГ, Союзгипроводхоз). Эффективностьпылеподавления при использовании последних достигает 70—80 %.
Этот способзаключается в том, что в воздушную струю, создаваемую установкамиискусственного проветривания, вводится вода, которая воздушным потокомразбивается на мелкие капли. При этом создается как бы объемный фильтр, вкотором мелкие капли воды, соударяясь с витающими в воздухе пылинками,утяжеляют последние и падают вместе с ними на взорванную горную массу илиплощадки и откосы карьера.
Кроме очисткивоздуха от витающей пыли в выработанном пространстве использованиевоздушно-водяных струй позволяет равномерно разбрызгивать воду или растворыповерхностно-смачивающих добавок на значительные площади, подлежащие орошению.Воздушно-водяные струи могут быть созданы с помощью реактивных двигателей иоросительно-вентиляционных установок ОВ-1, ОВ-2, ОВ-3 и др. Воздушно-водяная струя, создаваемаяустановками типа ОВ, способна оросить одновременно около 8 тыс. м2, а с однойпозиции 60—62 тыс. м2 поверхности.
Наряду сорошением осуществляется местное искусственное проветривание участков,прилегающих к взорванному блоку, что позволяет помимо пыли снизить концентрациювредных газов, скопившихся в застойных зонах.
Сокращениевремени проветривания взорванных блоков возможно при интенсификации процессагазовыделения из развала горной массы. Для этого следует осуществить поливгорной массы через 1—2 ч после взрыва с расходом 50 л/м3 (кроме руд и пород спримесью глинистых частиц). Полив горной массы позволяет интенсифицироватьпроцесс газовыделения на 25—40 %.
/>
3. Экспериментальные исследования
Какпоказали результаты исследований в условиях взрывного полигона, с увеличениемкоэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова возрастает объемвыделившейся при взрыве пыли. Так, если при взрывании горных пород скоэффициентом крепости f=6-8 образуется до 0,04 кг/м3 пыли, то при взрываниипород с f=12-14 выделяется до 0,22 кг/м3 пылеобразных частиц (размер фракции +1 мм). Это положение может быть объяснено увеличением размеров зоныпластических деформаций в крепких породах, ввиду более высоких затрат энергиивзрыва на их разрушение, что повышает объем выхода переизмельченных фракций. Вто же время, взрывание обводненных горных пород той же крепости, приводит кснижению объема выхода указанных фракций в 1,3-2,7 раза, что связано спроцессом коагуляции (связывания) образовавшихся при взрыве паров и мельчайшихчастиц воды, с пылевидными фракциями горных пород. Экспериментальными замерами установлено,что концентрация пылевидных частиц в момент массового взрыва изменяется вовремени следующим образом: в начальный момент взрыва на карьере достигаетзначений — 2500 мг/м3, через 30 мин — 850 мг/м3. Содержание пылевых частицразмером до 1,4 мкм на расстоянии до 100 м от взрываемого блока, составляет56%, а размером более 60 мкм — только 2,3%. На расстоянии 500 м от взрываемогоблока содержание частиц пыли до 1,4 мкм составляет более 84%, а частиц крупнее60 мкм — 0,3%. Это обусловлено тем, что под действием сил гравитации крупныефракции из облака осаждаются на поверхность уступа в более ближней от меставзрыва зоне.
Заключение
Внедрениев условиях горнорудных карьеров новых технологических решений и ухудшениеусловий естественного воздухообмена с увеличением их глубины предопределяетнеобходимость интенсивной реализации комплексной системы нормализации атмосферыв карьере по трем иерархическим уровням (карьер, рабочая зона, рабочаяплощадка), которая включает горно-геологические задачи оптимизации направленийуглубки и интенсивного ведения горных работ, совершенствование технологическихпроцессов буровзрывных и погрузочно-доставочных работ, разработку и внедрениеиндивидуальных средств защиты персонала от газа и пыли, приборов для контролязагрязненности атмосферы карьера, лазерной станции и оптических приборовизмерения запыленности и др.
Сучетом изложенного проблема борьбы с пылеобразованием при производствебуровзрывных работ в карьерах связана в перспективе с решением ряда задач,сущность которых заключается в следующем: внедрение и оснащение буровой техникисредствами эффективного пылеподавления и пылеулавливания в процессе бурениятехнологических скважин; внедрение технологии и технических средств для обработки экологическибезопасными химическими реагентами поверхности взрываемых блоков для связываниямелкодисперсных пылевых фракций; взрывную отбойку горных пород осуществлять в зажатой средеметодом многорядного короткозамедленного взрывания с преимущественнымвзрыванием высоких уступов, использовать рациональные типы забоечныхматериалов, конструкции скважинных зарядов и схемы инициирования; внедрение для взрывания простейших иэмульсионных взрывчатых составов с нулевым или близким к нему кислороднымбалансом, а также механизмы и средства их механизированного заряжания; разработка и внедрение прогрессивныхсредств и методов индивидуальной защиты людей от вредного воздействияпылегазовых факторов; разработка и внедрение компьютерных технологий моделирования ипроектирования рациональных параметров БВР, оценки залповых выбросов пыли игаза, опасных зон распределения пылегазового облака и разлета кусков взорваннойпороды. Практическивсе производственные операции, выполняемые на карьерах: взрывные работы,бурение, экскавация транспортирование горной массы складирование,сопровождаются пылеобразованием. Поэтому борьба с пылью является одним изосновных направлений по охране труда. Наиболее эффективны способы,предупреждающие поступление пыли в воздух, так как бороться со взвешенной пыльюзначительно труднее, чем предупредить ее подъем в воздух; кроме того, ониуменьшают и пылеотложение в выработках. Источники пыли были, есть и будут. Отних никуда не деться и поэтому необходимо принимать меры по пылеподавлению. Всеописанные методы имеют высокую эффективность. В соответствии с вышесказанным ясчитаю, что наиболее перспективным и актуальным решением проблемы сниженияпылевой нагрузки на окружающую среду при добыче и переработке минеральногосырья является совершенствование способов закрепления пылящих поверхностейтехногенных массивов, т.к. они являются основными источниками загрязнения.
Список используемой литературы
1. Бересневич П. В., Михайлов В. А., Филатов С. С. Аэрология карьеров: Справочник.— М.:Недра, 1990. — 280 с.: ил.
2. Ушаков К. 3., Михаилов В. А. Аэрология карьеров. М., «Недра»,1975, 248 с. 3.konchilik.ru/text/2_2008_024